eduard sojka zpp 200 4 5 v b technick univerzita ostrava n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Počítačová grafika (některé problémy) PowerPoint Presentation
Download Presentation
Počítačová grafika (některé problémy)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 44

Počítačová grafika (některé problémy) - PowerPoint PPT Presentation


  • 99 Views
  • Uploaded on

Eduard Sojka ZPP 200 4 / 5 VŠB – Technická univerzita Ostrava. Počítačová grafika (některé problémy). Některé problémy PG. Plán přednášky:. Počítačová grafika na FEI. Zobrazování trojrozměrných scén. Jak kreslit dobré obrázky rychle. Jak kreslit fotorealistické obrázky.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Počítačová grafika (některé problémy)' - magdalene-octavio


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
eduard sojka zpp 200 4 5 v b technick univerzita ostrava
Eduard Sojka

ZPP 2004/5

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Počítačová grafika(některé problémy)

n kter probl my pg
Některé problémy PG

Plán přednášky:

  • Počítačová grafika na FEI
  • Zobrazování trojrozměrných scén
  • Jak kreslit dobré obrázky rychle
  • Jak kreslit fotorealistické obrázky
  • Rekonstrukce scény na základě obrázků
  • Něco o ztrátové kompresi MP3, JPEG
po ta ov grafika na fei
Počítačová grafika na FEI

Související předměty:

  • Uživatelská rozhraní (P2, Sojka)
  • Základy počítačové grafiky (P3, Šarman)
  • Počítačová grafika (PV4, Sojka)
  • Digitální zpracování obrazu (PV4, Sojka)
  • Analýza obrazu (PV4, Sojka)
  • Geometrie pro počítačovou grafiku (PV4, Šarman)
  • Algoritmizace geometrických úloh (PV5, Sojka)
o kreslen na po ta i i
O kreslení na počítači(I)

Problém má dvě stránky:

  • Jak daný útvar reprezentovat v počítači. To je někdy lehké (body, úsečky,…), jindy o něco těžší (prostorové křivky, plochy, tělesa).
  • Jak jej pěkně a rychle nakreslitpři požadovaném zobrazení. Opět někdy lehké (rovinné útvary), jindy těžší (prostorové).

V této přednášce se zaměříme zejména na druhý problém. V otázce reprezentace budeme spoléhat na intuici a „čtení mezi řádky“.

o kreslen na po ta i ii
O kreslení na počítači(II)

V této také přednášce vynecháme problematiku vykreslování elementárních útvarů (bodů, úseček, křivek, trojúhelníků, polygonů a prostorových ploch a ihned se pustíme do vykreslování trojrozměrných scén).

zobrazovan trojrozm rn ch sc n
Zobrazovaní trojrozměrných scén

Velmi hrubé dělení metod:

  • Metody pracující rychle, ale dávající horší obrázky (aplikace: hry, simulátory, náhledy).
  • Standardní zobrazovací řetězec
  • Metody dávající velmi pěkné (fotorealistické) obrázky, ale pracující pomalu (aplikace: design, umění, film, reklama).
  • Rekurzivní sledování paprsku
  • Vyzařovací metoda
standardn zobrazovac postup i
Standardní zobrazovací postup(I)

Jakou kvalitu obrázků máme na mysli:

standardn zobrazovac postup ii
Standardní zobrazovací postup (II)

Schéma postupu

Výpočet osvětlení ve vrcholech sítě

Aplikace zobrazovací transformace na vrcholy

Pokrytí povrchů těles sítí rovin-ných plošek

Ořezání zorným objemem

Rasterizace, řešení viditelnosti, textura

standardn zobrazovac postup iii
Standardní zobrazovací postup (III)

Pokrytí povrchu objektů sítí rovinných plošek:

  • Ploškami bývají nejčastěji trojúhelníky nebo čtyřúhelníky.
  • Pro objekty ve tvaru mnohostěnu je takové dělení vcelku samozřejmé.
  • K přesnějšímu výpočtu barev bývá ale někdy dělení na plošky jemnější.
standardn zobrazovac postup iv
Standardní zobrazovací postup (IV)
  • Někdy síť rovinných plošek žádaný povrch pouze aproximuje.

Poznámka: Červeně je vyznačeno variantní dělení na trojúhelníky místo čtyřúhelníků.

standardn zobrazovac postup v
Standardní zobrazovací postup (V)

Výpočet barevného vjemu ve vrcholech plošek

K tomu známe

  • Polohu, intenzitu a barvu světelných zdrojů.
  • Souřadnice vrcholů (P), normál (n) a konstanty popisující optické vlastnosti materiálu (Oa, Od, Os).

V tomto kroku je spočítán barevný vjem ve vrcholech každé plošky.

jak kreslit obr zky rychle vi
Jak kreslit obrázky rychle(VI)

Zobrazovací transformace

Oblíbenou technikou je středové promítání. To je zadáno:

?

  • Polohou průmětny.
  • Polohou středu promítání

Průmětna

Střed promítání

standardn zobrazovac postup vii
Standardní zobrazovací postup (VII)

Ořezání zorným objemem

Objekty nebo jejich části nacházející se mimo zorný objem (obvykle jehlan) jsou odstraněny.

standardn zobrazovac postup viii
Standardní zobrazovací postup (VIII)

P3, C3

P1, C1

P2, C2

Rasterizace plošek

  • Postupně zpracovávány všechny plošky.
  • Pro každou plošku rozsvěceny všechny její pixely.
  • Barva každého pixelu se stanoví interpolací mezi hodnotami ve vrcholech.
standardn zobrazovac postup ix
Standardní zobrazovací postup (IX)

Řešení viditelnosti (z-buffer)

  • Pro rozhodnutí viditelnosti se použijí hodnoty souřadnice z (zde jez1> z2).
  • Před řešením viditelnosti bývá centrální promítání převedeno na rovnoběžné.
standardn zobrazovac postup x
Standardní zobrazovací postup (X)

Nanášení textury

Vzhled obrázků lze vylepšit nanášením textury (cihly, omítka, trávník).

standardn zobrazovac postup xi
Standardní zobrazovací postup (XI)

Resume

Popsaný postup pracuje rychle, ale obrázky vypadají trochu uměle. Někdy může být také patrná aproximace povrchů objektů ploškami (viz. obr. vlevo).

grafick standardy i
Grafické standardy(I)

Popsaný standardní zobrazovací postup je implementován v grafických knihovnách, např. v OpenGL.

Typické výhody OpenGL:

  • Standard je vcelku jednoduchý (snadno zvládnete).
  • I přes jeho jednoduchost jsou možnosti standardu dostatečné.
  • Přístup k urychlování grafických operací technickými prostředky.
  • Přenositelnost programů mezi různými operačními systémy (např. MS Windows, UNIX / LINUX).
sledov n paprsku i
Sledování paprsku(I)

Jaké obrazy můžeme čekat?

sledov n paprsku ii
Sledování paprsku(II)

Sledování paprsků od světelných zdrojů

sledov n paprsku iii
Sledování paprsku(III)

Sledování paprsků od kamery

B

A

sledov n paprsku iv
Sledování paprsku(IV)

Chod paprsků

Po dopadu paprsku i do X je generován paprsek odražený (r) a paprsek vstupující do tělesa (t).

Vjem v bodě X transportovaný paprskem i je:

sledov n paprsku v
Sledování paprsku(V)

Chod paprsků

Poznámka:π je průmětna, C střed projekce. Body 1, 2, 3 jsou průsečíky paprsku s tělesem.

sledov n paprsku vi
Sledování paprsku(VI)

B

Origin Střed projekce;

for each image point (x,y) do

Direction směr paprsku z Origin do pixelu (x,y);

Image(x,y) Ray_Trac( Origin, Direction, 0 );

konec;

Algoritmus

A

sledov n paprsku vii
Sledování paprsku(VII)

Algoritmus

functionRay_Trac( Origin, Direction: TCoord3; Nest: Integer): TRGB;

Jestliže (Nest > MaxNest), vrať barvu (0,0,0) a skonči;

Najdi průsečíky paprsku (Origin, Direction) s objekty scény;

Nebyl-li nalezen žádný průsečík, vrať (0,0,0) a skonči;

Xprůsečík nejbližší bodu Origin (ve směru paprsku);

Reflected_Dir směr paprsku odraženého v X;

Ir = Ray_Trac( X, Reflected_Dir, Nest+1 );

Transmitted_Dir směr paprsku procházejícího v X;

It = Ray_Trac( X, Transmitted_Dir, Nest+1 );

Il = intenzita v bodě X od světelných zdrojů;

vrať barvu (Il + kr Ir + kt It) ;

konec;

sledov n paprsku viii
Sledování paprsku(VIII)

16 hod, PIII 0.7 GHz, POV Ray

Něco o rychlosti výpočtu

6 hod, Athlon 1.6 GHz, 3D S max

101 hod, Athlon 1.4 GHz, MegaPov

sledov n paprsku ix
Sledování paprsku(IX)

Resume

Metoda sledování paprsku dává pěkné obrázky, ale pracuje pomalu. Nejdéle trvá výpočet průsečíků paprsků s tělesy.

vyza ovac metoda i
Vyzařovací metoda(I)

Jaké obrázky čekáme?

Sledování paprsku (pro srovnání)

vyza ovac metoda ii
Vyzařovací metoda(II)

Sledování paprsku: jen zrcadlový odraz

Proč dávají obě metody tak odlišné výsledky?

Vyzařovací metoda: jen difúzní odraz

vyza ovac metoda iii
Vyzařovací metoda(III)

Scéna se pokryje sítí plošek. Pro každou se spočítá „vyzařování“

vyza ovac metoda iv
Vyzařovací metoda (IV)
  • Základní myšlenka: intenzita ploškou vyzařovaná = vlastní emise + ρ intenzita dopadající z jiných plošek.
  • Vede na soustavu rovnic pro vyzařování všech plošek.
  • Vypočítané hodnoty vyzařování se použijí k nakreslení plošek.
vyza ovac metoda v
Vyzařovací metoda (V)

Resume

Metoda je v jistém smyslu komplementární ke sledování paprsku. Také ona dává pěkné obrázky a také i v tomto případě je výpočet zdlouhavý.

rekonstrukce sc ny i
Rekonstrukce scény(I)
  • Rekonstrukce scény je úlohou opačnou k úloze o generování obrazů.
  • K dispozici musí být alespoň dva obrazy téže scény. Úkolem je vytvořit model scény (např. vypočítat trojrozměrné souřadnice význačných bodů ve scéně).
  • (U zobrazování to bylo naopak. Měli jsme model a vytvářeli jsme obrazy.)
rekonstrukce sc ny ii
Rekonstrukce scény(II)

Úloha o rekonstrukci

?

  • Nalezenívýznačných bodů v obrazech.
  • Nalezeníkorespondence význačných bodů.
  • Nalezení vzájemné polohy kamer.
  • Zpětná projekce.
rekonstrukce sc ny iii
Rekonstrukce scény(III)

Hledání význačných bodů i korespondencí lze automatizovat. Ukážeme alespoň to první (dostaneme se tak do oblasti analýzy obrazu).

o kompresi
O kompresi

Máme-li obrázky, pak je často chceme uchovávat, transportovat po síti atd.

V případě obrazů, video sekvencí a zvuku je užitečná komprese ztrátová.

o ztr tov kompresi i
O ztrátové kompresi (I)

Začneme netradičně kompresí zvuku MP3

Citlivost lidského ucha.

  • Nemá cenu přenášet, co ucho neslyší.
  • Přenášíme-li už, pak není třeba kódovat podrobněji, než je rozlišovací schopnost ucha.
o ztr tov kompresi ii
O ztrátové kompresi (II)

Frekvenční maskování

Silně znějící tón způsobí podstatné snížení citlivosti ucha na blízkých frekvencích. Eventuální blízké tóny není pak zapotřebí vůbec přenášet nebo stačí jen hrubé kódování.

o ztr tov kompresi iii
O ztrátové kompresi (III)

Temporální maskování

Po skončení silného tónu se navrací citlivost ucha pozvolna. V této době není opět nutné některé jiné tóny přenášet.

o ztr tov kompresi iv
O ztrátové kompresi (IV)

A co komprese JPEG a MPEG?

Opět se jednoduše vynechá to, co oko nevidí nebo nejméně postrádá. Zpravidla jsou to vysoké frekvence v obraze. Jsou zde ale určitá úskalí…

o ztr tov kompresi v
O ztrátové kompresi (V)

Původní obraz

Komprimováno 20 : 1

Obrázky tohoto typu jsou pro JPEG kompresi vhodné. Vysoké frekvence nejsou zastoupeny příliš významně. Nepřesnosti vzniklé kompresí jsou maskovány členitostí obrazu.

o ztr tov kompresi vi
O ztrátové kompresi (VI)

Komprimováno 20 : 1

Původní obraz

Zde je komprese JPEG zcela nevhodná. Vysoké frekvence jsou významné (neměly by se proto šidit), ani zde není členité pozadí, které by mohlo chyby vzniklé kompresí zamaskovat.

z v r
Závěr

O čem jsme mluvili:

  • O zobrazování trojrozměrných scén
  • Jak kreslit dobré obrázky rychle
  • Jak kreslit fotorealistické obrázky
  • O rekonstrukci scény na základě obrázků
  • O ztrátové kompresi MP3, JPEG